一文详解PCIe总线4种复位

PCIe协议定义了四种类型的复位：冷复位、暖复位、热复位和FLR复位（Function Level Reset）。前三个是PCIe规范早期版本就已经定义的，称为传统复位（Conventional Reset）。PCIe 2.0规范新增的Function Level Reset称为功能级复位。

1. 传统复位（Conventional Reset）

传统复位包括Cold Reset、Warm Reset和Hot Reset这三种复位，其中Cold Reset和Warm Reset统称为基本复位（Fundamental Reset）；而Hot Reset是非基本的复位方式，它是一种带内复位，来自上游设备，以包的形式通过链路向下游设备传达。

基本复位使设备的状态机、硬件逻辑、端口状态和配置寄存器初始化为默认状态，除了设备的从辅电源Vaux汲取电能的粘性（sticky）配置寄存器（它们在主电源关闭的情况下靠辅电源Vaux仍处于工作状态）。

1.1 冷复位

冷复位（Cold Reset）是指设备主电源打开后的结果，重启电源也会导致冷复位。

1.2 暖复位

暖复位（Warm Rest）是在系统电源稳定的情况下（即不关闭／重加主电源），由硬件触发的复位，比如压下复位按钮。这种复位触发系统电源电路的POWERGOOD信号，进而引发复位。PCIe规范并未明确规定暖复位的产生机制。

基本复位有以下两种生成的方法：

通过边带信号PERST#产生基本复位。PERST#（PCI Express复位，低有效）是PCIe系统中的一个边带信号，用来传递复位信号。

PCIe设备也可以不使用边带信号PERST# 来复位自己的电路，而设计成在检测到主电源加电（或重加电）的情况下自己产生基本复位信号复位自身电路。

下图是通过边带信号PERST# 产生基本复位的一个例子。

1.3 热复位

热复位也称为带内（In-band）复位，它不是由边带的复位信号产生的，而是通过发送TS1有序集在带内传播。热复位是由软件生成的复位，由上游向下游逐级传播，即只有根复合体RC和交换开关Switch能够产生热复位，端点不产生热复位。

当PCIe设备出现某种异常的时候，可以使用软件手段对该设备进行热复位。

软件通知热复位的方法：

软件欲在根复合体或交换开关某端口上生成热复位时，向该端口配置空间头标区中桥控制寄存器的次级总线复位（Secondary Bus Reset）位写１，就会在相应端口物理层上生成Assert Hot Reset 位为１的TS1有序集，并向下传送。

设备对热复位命令的响应：

当设备接收到热复位后，链路训练状态机LTSSM会先进入Recovery状态， 然后进入Hot Reset状态，然后回到Detect状态，并重新开始链路初始化训练。PCIe设备的所有状态机，硬件逻辑，端口状态和配置寄存器（除了Sticky寄存器）都将被初始化为默认状态。

2. FLR复位（Function Level Reset）

FLR复位机制使软件能够以Function粒度来复位PCIe Endpoint设备。FLR复位仅作用于PCIe设备中的目标Function，不会影响其他Function的正常工作。而且FLR也不会像Fundamental Reset那样对设备进行彻底的Reset，比如PCIe设备的链路状态就不会被复位，因此FLR所花的时间要比Fundamental Reset所花的时间少。

FLR复位的实现是可选的(不是必需的)，但PCIe规范强烈建议使用。软件通过检查Device Capabilities Register[28]进行确认，bit[28]为1表示支持FLR。

软件可以向Device Control Register中的Initiate Function Level Reset bit写1，来产生FLR，该function必须在100ms内完成FLR复位。

FLR只复位对应Function的内部状态和寄存器（例如BME、MSI enable寄存器等），并不影响Sticky bits、有硬件初始化的值（Hardware-initialized bits）和链路专用寄存器。

PCIe协议规定FLR复位需要在100ms内完成。此外，PCIe协议要求软件进行FLR复位时需要满足如下要求：

1.软件与其他可能访问该function的软件进行协调，以确保它在FLR期间不会尝试访问。

2.软件清除整个command寄存器，从而使function停止发送任何新请求。

3.软件通过轮询Transactions Pending bit（在Device Status寄存器里）被清零来确保先前请求的完成报文已返回，或等待足够长的时间来确保完成报文不会返回。（如果正在使用完成超时，请等待超时时间后再发送FLR。如果禁用了超时，那么至少等待100ms）

4.软件启动FLR复位。

5.软件等待100ms。

6.软件重新配置Function，使其正常工作。

注：一旦FLR完成, Transaction Pending bit 必须被clear。Function必须为产生FLR的配置写返回一个completion响应，然后启动FLR复位操作。在FLR复位期间，接收到的完成报文被视为Unexpected Completions或者直接丢弃，既不记录也不报错。

参考：

PCI Express Base Specification Revision 5.0

PCI、PCI-X和PCI Express的原理及体系结构